水電站電氣自動化應(yīng)用實(shí)踐與問題研究

李俊楠

(遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

水電站電氣自動化應(yīng)用實(shí)踐與問題研究

李俊楠

(遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000)

文章首先對水電站應(yīng)用電氣自動化的意義及現(xiàn)存的問題進(jìn)行簡要分析，在此基礎(chǔ)上依托工程實(shí)例，對水電站電氣自動化的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行論述。期望通過研究能夠?qū)λ娬具\(yùn)行安全性和可靠性的提升有所幫助。

水電站；電氣自動化；存在問題；應(yīng)用實(shí)踐

1 水電站應(yīng)用電氣自動化的意義及現(xiàn)存的問題

1.1 應(yīng)用意義

水電站是將水能轉(zhuǎn)換為電能的綜合工程設(shè)施，各種電氣設(shè)備是水電站正常生產(chǎn)的基礎(chǔ)保障。水電站主要的電氣設(shè)備如圖1所示。

近年來，隨著水電站規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電氣設(shè)備日益增多，水電站的自動化程度也較之以往有了顯著提升，具體體現(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對水電站生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)控，并借助自動化設(shè)備對水輪發(fā)電機(jī)組和輔機(jī)的運(yùn)行狀況進(jìn)行自動監(jiān)測。對于水電站而言，電氣自動化的應(yīng)用能夠使站內(nèi)主要設(shè)備的運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠，有助于電能質(zhì)量的進(jìn)一步提升，同時(shí)還能減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，對于水電站經(jīng)濟(jì)效益的提高具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.2 現(xiàn)存的主要問題

通過對國內(nèi)一些水電站進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，其中很大一部分水電站都開始應(yīng)用電氣自動化技術(shù)對生產(chǎn)過程進(jìn)行監(jiān)測和控制。然而，從應(yīng)用的整體情況上看，電氣自動化程度并不是很高，具體體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：未能真正意義上實(shí)現(xiàn)無人操作的目標(biāo)；電氣自動化系統(tǒng)的先進(jìn)性不夠，無法滿足水電站的實(shí)際生產(chǎn)需要，制約了生產(chǎn)效率的提升，影響了水電站的經(jīng)濟(jì)效益。

2 水電站電氣自動化的應(yīng)用實(shí)踐

下面以某水電站工程實(shí)例為依托，對電氣自動化在該水電站中的應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行分析。

2.1 工程概況

2.1.1 水電站簡介

某水電站位于XX省境內(nèi)，是一座以發(fā)電為主、防洪灌溉為輔的水電站，其主要由輸水洞和灌溉洞兩個(gè)電站組合而成，前者由3臺1.4MW的機(jī)組，3臺機(jī)組全部經(jīng)由機(jī)端斷路器與6.3kV單母線相連接，并通過分段開關(guān)與后者灌溉洞電站6.3kV單母線相連。輸水洞電站6.3kV單母線向下掛一個(gè)廠用變，向上經(jīng)主變壓器接入到10.5kV上網(wǎng)線路當(dāng)中；后者由2臺3.6MW的機(jī)組和1臺0.8MW的機(jī)組構(gòu)成。

2.1.2 工程主要內(nèi)容

電氣自動化工程的主要建設(shè)項(xiàng)目包括以下內(nèi)容：①灌溉洞電站。在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，增設(shè)工控系統(tǒng)，并對水輪機(jī)組LCU進(jìn)行更換，同時(shí)更換勵(lì)磁及直流系統(tǒng)，并對兩者之間的電纜進(jìn)行連接。②輸水洞電站。與灌溉洞電站的建設(shè)項(xiàng)目相同，在此不進(jìn)行復(fù)述。③集中控制中心。增設(shè)UPS、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等電氣自動化設(shè)備。

2.2 關(guān)鍵項(xiàng)目的技術(shù)方案

2.2.1 盤柜

1)型鋼基礎(chǔ)。盤柜基礎(chǔ)采用型鋼，按圖紙要求，以切割機(jī)進(jìn)行下料，加工制作完畢后應(yīng)當(dāng)及時(shí)涂刷防腐漆?；A(chǔ)型鋼的允許偏差應(yīng)當(dāng)符合表1的規(guī)定要求。

表1 基礎(chǔ)型鋼安裝的允許偏差

2)開箱驗(yàn)貨。當(dāng)設(shè)備抵達(dá)水電站施工現(xiàn)場后，應(yīng)當(dāng)拆除外包裝，進(jìn)行外觀質(zhì)量檢查，看有無明顯的撞擊痕跡，盤柜有無變形，銘牌上的數(shù)據(jù)是否與設(shè)計(jì)要求相符，合格證及檢測報(bào)告是否齊全。

3)裝卸倒運(yùn)?？墒褂闷鹬貦C(jī)械對設(shè)備進(jìn)行吊裝就位，若是工程現(xiàn)場不具備使用起重設(shè)備的條件時(shí)，則可利用液壓搬運(yùn)車將盤柜運(yùn)至安裝現(xiàn)場就位。當(dāng)盤柜開箱后就位前，應(yīng)將設(shè)備上的精密模塊、儀表等器件先拆卸下來，在組裝完畢后再重新安回相應(yīng)位置，以免就位過程中造成精密器件損壞。

4)組裝。依據(jù)設(shè)計(jì)圖給出的位置對盤柜進(jìn)行組裝，就位后應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，從而使其垂直度、水平偏差、柜間接縫等指標(biāo)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定要求，隨后按要求對盤柜進(jìn)行焊接或螺栓連接，從而使盤柜與基礎(chǔ)牢靠固定；盤柜安裝定位后，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行屏蔽接地線的敷設(shè)。

2.2.2 二次配線

盤柜安裝完畢后，便可進(jìn)行二次配線，可從電纜夾層或是電纜橋架垂直引入盤柜內(nèi)，并在盤柜底部用管卡對線纜進(jìn)行固定；對于帶有屏蔽層的二次電纜應(yīng)當(dāng)施作屏蔽接地；在對芯線外層保護(hù)套進(jìn)行剝除時(shí)，不可損傷芯線絕緣，應(yīng)按照垂直或水平有規(guī)律地對芯線進(jìn)行編扎，不得與盤內(nèi)端子交叉，備用芯線應(yīng)預(yù)留出足夠的長度，捆扎后應(yīng)做好相應(yīng)的標(biāo)記，并將之埋入到里層，這樣便于查找；應(yīng)嚴(yán)格按照施工圖紙及相關(guān)技術(shù)規(guī)程的要求進(jìn)行配線，除了要確保接線正確之外，與端子的接觸應(yīng)當(dāng)可靠；可在配導(dǎo)線的端部施作統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的白頭標(biāo)志，并在其上標(biāo)明回路號；強(qiáng)電與弱電回路應(yīng)當(dāng)分別綁扎成束，并分開排列，切不可出現(xiàn)小端子配大截面導(dǎo)線的情況；工程中如果使用的是插接式端子，截面積不同的兩根導(dǎo)線不可接于同一個(gè)端子上，螺接式端子連接兩根導(dǎo)線時(shí)，應(yīng)在中間加裝平墊片。當(dāng)二次配線完成之后，應(yīng)當(dāng)對其進(jìn)行檢查，具體項(xiàng)目如下：檢查接線與圖紙是否一致，接線原理是否正確；檢查導(dǎo)線與電氣元件的連接，看是否牢固可靠；檢查盤柜內(nèi)的導(dǎo)線，看有無接頭，導(dǎo)線的芯線有無損傷。

2.2.3 直流系統(tǒng)

在本工程中，蓄電池組按浮充電的方式運(yùn)行，在定期對大電流放電進(jìn)行核對后，以均衡充電的方式對蓄電池進(jìn)行充電。為了對蓄電池與直流系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及絕緣水平的進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，決定在每組蓄電池上加裝直流電壓表、變送器及檢測裝置，并在每段母線上加裝絕緣監(jiān)測報(bào)警裝置。在蓄電池進(jìn)行安裝時(shí)，應(yīng)保證平穩(wěn)，排列方式應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)要求相符，間距則應(yīng)滿足產(chǎn)品制造廠家給出的規(guī)定要求；結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙，對配電的正確性進(jìn)行檢查，并對螺栓進(jìn)行緊固，同時(shí)檢查蓄電池組的極性及充電裝置的連接極性，看是否正確，二次回路絕緣的電阻值應(yīng)當(dāng)大于1MΩ。

2.3 電氣調(diào)試與試驗(yàn)

2.3.1 盤柜通電測試

對外部連接線的正確性進(jìn)行測試，并依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行盤內(nèi)查線，確認(rèn)正確無誤后，用1000V搖表對電流、電壓及直流回路的對地絕緣電阻進(jìn)行測量，電阻值應(yīng)當(dāng)大于1MΩ，同時(shí)用1000V搖表對各回路進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，確認(rèn)絕緣合格后方可通電。

2.3.2 二次電氣試驗(yàn)

二次電氣設(shè)備安裝就位后，以按照國家現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，對盤柜內(nèi)的電氣自動化元件及保護(hù)裝置進(jìn)行電氣調(diào)試，具體做法如下：

1)試驗(yàn)正式開始前，應(yīng)當(dāng)編制合理可行的試驗(yàn)計(jì)劃，并制定安全技術(shù)措施，確保試驗(yàn)安全、有序進(jìn)行。

2)試驗(yàn)過程中，應(yīng)對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，并與各項(xiàng)試驗(yàn)的性能、設(shè)計(jì)值、技術(shù)特性進(jìn)行對比分析，判斷是否合格，并給出結(jié)論。電氣安裝單位應(yīng)配合試驗(yàn)單位進(jìn)行。當(dāng)二次回路完成之后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，并對回路的絕緣電阻值進(jìn)行測定，阻值應(yīng)當(dāng)與相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求相符。需要注意的是，在試驗(yàn)階段，應(yīng)當(dāng)需要隔離的元器件進(jìn)行有效隔離，避免造成損壞。

2.4 勵(lì)磁系統(tǒng)安裝

2.4.1 設(shè)備檢查

勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)至工程系現(xiàn)場后，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行開箱檢查，設(shè)備整體應(yīng)當(dāng)明顯的外觀質(zhì)量缺陷，螺栓應(yīng)緊固無松動跡象，所有附件應(yīng)完整、排列整齊固定牢固；所有電器元件的質(zhì)量和性能應(yīng)當(dāng)良好，規(guī)格、型號應(yīng)當(dāng)與設(shè)計(jì)要求相符；鐵芯應(yīng)當(dāng)無變形和銹蝕跡象，絕緣應(yīng)當(dāng)良好。

2.4.2 安裝

在對勵(lì)磁系統(tǒng)進(jìn)行吊裝的過程中，應(yīng)當(dāng)避免磕碰損傷，就位后應(yīng)當(dāng)確保垂直度、水平度符合規(guī)定要求，并對勵(lì)磁變壓器和電流互感器進(jìn)行可靠接地，同時(shí)還應(yīng)采取防塵、防潮及防火等保護(hù)措施。

2.5 監(jiān)控系統(tǒng)安裝

2.5.1 檢查驗(yàn)收

監(jiān)控系統(tǒng)到場后，應(yīng)當(dāng)由專人負(fù)責(zé)對其進(jìn)行檢查驗(yàn)收，看設(shè)備外觀有無明顯的損壞情況，電氣元件的固定是否牢靠；檢查設(shè)備的型號、規(guī)格、備件等是否與設(shè)計(jì)要求相符。

2.5.2 系統(tǒng)安裝

1)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對現(xiàn)場調(diào)試設(shè)備的配線情況開展檢查工作，查看電纜連接是否正確，查看與主控級監(jiān)控設(shè)備連接的電纜或光纜敷設(shè)是否無誤，檢測二次回路的絕緣電阻值，要求≥1MΩ。

2)檢查監(jiān)控系統(tǒng)中的設(shè)備安裝是否正確，包括電源、計(jì)算機(jī)設(shè)備以及I/O遠(yuǎn)程接口，檢查現(xiàn)地控制單元中的設(shè)備連接是否正確，保證其與主接地網(wǎng)連接可靠。

3)接通電源，啟動設(shè)備的自診斷程序，對設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢查。一般設(shè)備具備在線診斷功能，既可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，發(fā)出報(bào)警，也可以快速排除故障，并自動記錄故障排除過程。

4)根據(jù)電氣運(yùn)行情況，對監(jiān)控測量設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，利用控制單元的數(shù)據(jù)采集功能和自檢功能，通過校核數(shù)據(jù)庫中的信息，檢查輸出端電信號與輸入端電信號的匹配情況。

5)安裝繼電保護(hù)裝置、調(diào)速器、勵(lì)磁裝置、機(jī)械制動設(shè)備，對各個(gè)設(shè)備裝置之間的信息傳遞是否暢通進(jìn)行測試，并對各個(gè)設(shè)備裝置的聯(lián)動情況進(jìn)行檢查。

3 結(jié) 論

綜上所述，為大幅度提升水電站電氣機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)當(dāng)對電氣自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行合理應(yīng)用。對于已經(jīng)應(yīng)用電氣自動化的水電站，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，找出電氣自動化中存在的不足，并加以完善，從而使電氣自動化的作用能夠在水電站中得以充分發(fā)揮，由此除了能夠減少各類電氣設(shè)備的故障發(fā)生幾率之外，還能為水電站帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，對于推動水電站的持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

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1007-7596(2017)10-0155-03

TV736

A

2017-09-14

李俊楠(1988-)，男，河南平頂山人，助理工程師，從事水利水電工程、水電站、電氣自動化方面研究工作。